Positionnement et dynamique des nucléosomes

Les nucléosomes ne sont pas répartis de manière aléatoire le long du génome : leurs positions précises, ainsi que les régions qui en sont dépourvues, déterminent l'accessibilité des séquences régulatrices. Le positionnement des nucléosomes et ses changements dynamiques sont un déterminant majeur de la régulation génique, et les cartes pangénomiques de la localisation des nucléosomes sont devenues un moyen standard de lire l'accessibilité de la chromatine.

Definition

Le positionnement des nucléosomes fait référence à la localisation des nucléosomes par rapport à la séquence d'ADN et les uns aux autres ; conjointement avec leur assemblage dynamique, leur repositionnement et leur déstabilisation, il régit l'accessibilité locale de l'ADN régulateur.

Scope

Ce sujet aborde ce qui détermine le placement des nucléosomes le long de l'ADN, les régions caractéristiques dépourvues de nucléosomes au niveau des promoteurs actifs, la dynamique par laquelle les nucléosomes sont assemblés, déplacés et déstabilisés, ainsi que les méthodes génomiques utilisées pour cartographier le positionnement et l'accessibilité. Il s'agit d'une entrée de référence sur l'organisation de la chromatine et non d'une directive clinique.

Core questions

• Qu'est-ce qui détermine le positionnement des nucléosomes le long du génome ?
• Pourquoi les promoteurs actifs sont-ils généralement flanqués de nucléosomes ordonnés et d'une région dépourvue de nucléosomes ?
• Comment le positionnement des nucléosomes est-il mesuré à l'échelle du génome, et que révèle-t-il sur l'accessibilité ?

Key concepts

• Région dépourvue de nucléosomes (NDR)
• Organisation des nucléosomes du promoteur (nucléosome +1)
• Positionnement statistique vs. dirigé par la séquence
• Phasage et arrangements des nucléosomes
• Renouvellement et déstabilisation des nucléosomes
• Cartographie MNase-seq et ATAC-seq

Key theories

Positionnement statistique autour de barrières fixes

Plutôt que chaque nucléosome soit encodé indépendamment par la séquence, les arrangements ordonnés apparaissent souvent de manière statistique : une barrière fixe, telle qu'un facteur lié ou une région promotrice dépourvue de nucléosomes, phase les nucléosomes voisins en positions régulières, un modèle soutenu par la cartographie pangénomique des positions des nucléosomes.

Mechanisms

Le positionnement des nucléosomes est influencé par plusieurs facteurs qui se chevauchent : la flexibilité intrinsèque de la séquence d'ADN, la liaison des facteurs de transcription et de la machinerie de transcription générale, l'action des remodelers ATP-dépendants qui font glisser et espacent les nucléosomes, et les limites établies par de tels éléments fixes. Les promoteurs actifs présentent généralement une région dépourvue de nucléosomes en amont du site d'initiation de la transcription, flanquée de nucléosomes bien positionnés, le nucléosome dit +1 marquant le début d'un arrangement ordonné en aval. Ces positions sont dynamiques : les nucléosomes sont continuellement assemblés pendant la réplication, déstabilisés ou évincés pendant la transcription, et repositionnés par les remodelers, et un renouvellement rapide dans les régions régulatrices les maintient accessibles. Les cartes pangénomiques générées par digestion de la chromatine avec la nucléase micrococcale, ou par profilage de la chromatine ouverte avec l'ATAC-seq basé sur la transposase, révèlent ces positions et le paysage d'accessibilité.

Clinical relevance

Le positionnement des nucléosomes et le profilage de l'accessibilité sous-tendent les cartes des éléments régulateurs dans les différents types de cellules humaines et sont largement utilisés pour étudier comment la régulation génique diffère entre les tissus sains et malades. Cette entrée décrit l'organisation et la mesure des nucléosomes à titre de référence et ne constitue pas une base pour le diagnostic ou le traitement.

History

Bien que des nucléosomes individuels bien positionnés aient été connus auparavant, la cartographie à l'échelle du génome a transformé le domaine au milieu des années 2000, lorsque des études à haute résolution chez la levure ont localisé les nucléosomes sur un génome entier et ont révélé l'organisation ordonnée autour des promoteurs. Des revues ont intégré ces découvertes dans des modèles de positionnement statistique et dirigé par des facteurs, et le développement ultérieur de l'ATAC-seq basé sur la transposase a rendu le profilage de la chromatine ouverte et des positions des nucléosomes rapide et largement applicable.

Key figures

• B. Franklin Pugh
• Oliver Rando
• Steven Henikoff
• Jason Buenrostro

Seminal works

• yuan-2005
• jiang-2009

Frequently asked questions

Qu'est-ce qu'une région dépourvue de nucléosomes ?

Il s'agit d'un segment d'ADN, généralement juste en amont du site de démarrage d'un gène actif, qui est largement dépourvu de nucléosomes et donc accessible aux facteurs de transcription et à la machinerie de transcription.

Comment le positionnement des nucléosomes est-il mesuré à travers le génome ?

Les approches courantes consistent à digérer la chromatine avec la nucléase micrococcale pour cartographier l'ADN nucléosomal protégé, ou à utiliser l'ATAC-seq basé sur la transposase pour profiler les régions accessibles et dépourvues de nucléosomes, les deux étant lues par séquençage à haut débit.